基于IMC的气压传感器采集系统研究

徐安民

摘 要：采用8通道IMC数据采集仪来采集气压传感器的数据，通过对基于IMC的气压传感器采集系统硬件部分和软件部分进行设计，阐述整个硬件组成和软件程序来实现基于IMC的气压传感器采集系统研究，提高了气压传感器采集系统的高效性和可靠性。

关键词：8通道IMC数据采集仪；气压传感器；硬件组成；软件程序

1 气压传感器原理叙述

气压传感器是一种用于测量气体的绝对压强的传感器。气压传感器主要的传感元件是一个对压强敏感的薄膜，它连接了一个柔性电阻器。当被测气体的压强降低或升高时，这个薄膜变形，该电阻器的阻值将发生改变，从而促使流经传感元件电流发生改变，电流大小为4～20mA，经过A/D转换由数据采集器接受，然后数据采集器以适当的形式把结果传送给计算机。

在了解气压传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。通常是将应变片通过特殊黏贴剂紧密地黏合在产生力学应变的基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般将这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。金属电阻应变片的工作原理是，吸附在基体材料上，应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。

金属导体的电阻值可用下式表示，即

R =ρL/S （1）

式中 ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）；

S——导体的截面积（cm2）；

L——导体的长度（m）。

当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从式（1）中可很容易看出，其电阻值亦会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出。

2 硬件部分

基于IMC的气压传感器采集系统的硬件部分如图1所示。

在轨道交通领域下将所采用的压力传感器安装在被测的气压测试口，压力传感器与八通道的IMC数据采集仪联通作为输入端，若压力传感器有若干，一个8通道的IMC数据采集仪imcC1-LEMO-MTC-ET输入端口不够，可以通过采用路由器，设置IP地址等，将所有的传感器接到若干8通道的IMC数据采集仪上——其中八通道IMC有自身供电电源，压值为15 V，最后与装有软件的PC机相连。

用网线将若干八通道数据采集仪接到试验前准备好的路由器上，观察路由器指示灯是否完好，再将一根网线接于PC机等待测试。

气压传感器接线方式（8通道采集设备）如图2所示。

其气压传感器安装位置如图3所示。

8通道数据采集仪imcC1-LEMO-MTC-ET如图 4所示。

3 软件部分

硬件部分全部安装并确认无误后，打开低压电源、八通道数据采集仪imcC1-LEMO-MTC-ET、路由器、计算机电源开关进行软件性能调试。其主要过程如图 5所示。

其主界面操作如下：打开Imc DevicesV2.7R3，在imcDevices主界面上点击设置进入设置页面，在基础页面下选择通道，可以修改通道名称，激活要使用的通道，选择采样频率采样点数等参数，设置输入信号的Y因子（传感器灵敏度的倒数），设置完成之后确认。进入放大页面，设置测量模式和测量范围等。点击进入数据存储页面，可以选择在电脑上保存数据，也可以选择在CF卡上保存数据。

其软件具体操作如下：

（1）进入基础页面选择通道，并进行基本的设置，激活所有通道，持续时间为未定义，采样为未定义，如图 6所示。

（2）在放大器页面选择电流选项进行测试，耦合填写DC，输入填写差分，电源填写15，输入范围填写±50 mA，电压选择15 VDC，如图7所示。

（3）在处理界面改Y-标定参数。改写为 4mA对应118.744 nbar，20 mA对应10 bar。然后回车，关闭界面，如图 8所示。

（4）点击开始按钮，进行测试。如图9所示是应用在轨道交通车辆上所测得的项目数据。

4 结束语

基于IMC的气压传感器采集系统所包括的IMC数据采集仪imcC1-LEMO-MTC-ET、气压传感器相比传统所使用的气压采集系统来说具有历史性的意义。它比传统的采集系统精度高、集成度高、采集系统灵敏度强；具有运输方便，采集简单，数据存储量大，可实时性地监测被测气压的变化等优点，在检测系统上减少了工作人员的工作量，提高了工作效率。

参考文献

[1]王化祥.自動检测技术[M].化学工业出版社，2009.

[2]刘爱华，满宝元.传感器原理与应用技术[M].人民邮电出版社，2010.

[3]徐湘元.传感器及其信号调理技术[M].机械工业出版社，2012.

[4]肖忠祥，孟开元.数据采集原理[M].西北工业大学出版社，2001.